Описание и общие аспекты технологии

Пайка печатных плат: выбор материалов и типов припоя

Когда я начинал работать в лаборатории, мне приходилось время от времени припаивать провода к металлизированным контактам. Тогда мы работали с полупроводниками, но те же материалы можно использовать и при пайке печатных плат, вопрос лишь в выборе правильного состава, подходящего для технологического процесса изготовления плат.

Процесс изготовления печатных плат

Производство печатных плат включает в себя несколько этапов — от изготовления пустой платы до сборки и упаковки. В процессе сборки для монтажа компонентов используются припои различных типов. Припои различаются по механическим характеристикам, требованиям к безопасности и утилизации, и это следует учитывать при планировании сборки. Переход к электронной технике без содержания свинца вытесняет свинцовые припои на задний план.

Виды припоя и их состав

Материалы для пайки печатных плат

На рынке предлагается множество различных видов припоя, поэтому начинающему конструктору выбор лучшего типа припоя может показаться сложной задачей. Припои используются для создания электрических соединений между металлическими контактами за счет формирования расплавленным припоем (представляющим собой мягкий сплав) эвтектики, которая спаивается при остывании.

Состав металлов

Припои на основе свинца относятся к мягким припоям. Температура их плавления составляет около 180-190 °C, а срок хранения — около 2 лет. Наиболее широко применяются следующие сплавы на основе свинца:

• Sn/Pb 63/37
• Sn/Pb 60/40
• Sn/Pb 62/36/2 (с добавлением серебра)

Существуют также припои с соотношениями Sn/Pb 50/50, 30/70 и 10/90. В качестве основного металла главным образом используется олово, поскольку оно снижает температуру плавления сплава, а свинец препятствует образованию оловянных усиков. Чем выше содержание олова, тем выше прочность паяного соединения на скол и растяжение. Компонент серебра в сплаве 62/36/2 Sn/Pb/Ag обеспечивает более низкое сопротивление контакта и устойчивость к коррозии.

Обратите внимание, что существуют и другие типы припоя (индий, цинковый сплав и т. д.), но для печатных плат их не используют из-за несовместимости с процессом производства.

Примеры припоев

Припой 60/40 Sn-Pb для ручной пайки по-прежнему популярен и продается в катушках.

Припои без свинца в электронике: материал сердечника припоя

Припои, не содержащие свинца, становятся все более популярными после принятия в ЕС директивы об ограничении использования опасных веществ (RoHS), которая запрещает применение свинца в электронике. Однако при использовании таких припоев возникают определенные проблемы, включая образование оловянных усиков. Для предотвращения образования оловянных усиков, а также для защиты от влажности и коррозии, широко используются конформные покрытия.

Припой с флюсовым сердечником

Припой с флюсовым сердечником продается в виде единой катушки и содержит в сердечнике восстановитель. Этот восстановитель удаляет оксидные пленки с металлических контактов для обеспечения высокой проводимости электрического контакта. При ручной пайке следует обратить внимание на материал, содержащийся в сердечнике.

Материалы сердечника припоя

• Флюс
• Паста для пайки

Процессы пайки печатных плат

Сегодня при изготовлении печатных плат чаще всего используется бессвинцовый (Sn-Cu) канифольный припой. Автоматизированный процесс пайки широко применяется, если вам необходимо собирать не единичные образцы или изготавливать свою собственную плату.

Автоматическая селективная пайка компонентов

В начале флюс или паста наносятся на металлические контакты платы для снижения окисления и распределения расплавленного припоя, что повышает прочность паяного соединения. Для деталей с бессвинцовыми выводами обычно используется бессвинцовая паяльная паста, но смешивание материалов возможно.

Создание производственной документации

Для подготовки производственной документации для вашей платы воспользуйтесь Altium Designer®. Создавайте файлы Gerber и другие необходимые файлы, чтобы быстро создать сборочные чертежи и добавить аннотации для уточнения требований к сборке. Укажите различные типы материалов для пайки плат, которые могут понадобиться в процессе сборки.

Когда проектирование будет завершено, а данные готовы для передачи на производство, платформа Altium 365™ поможет наладить совместную работу и доступ к проектам. Мы лишь поверхностно рассмотрели некоторые возможности Altium Designer на Altium 365. Вы можете зайти на страницу продукта, чтобы посмотреть более подробное описание функций, или посетить один из Вебинаров по запросу.

Пайка печатных плат относится к процессу присоединения электронных компонентов к печатной плате. Пайка является важным этапом в производстве электронных устройств и включает в себя использование паяльника или машины для расплавления небольшого количества металлического сплава, называемого припоем, и нанесения его на место соединения вывода компонента и печатной платы.

Что такое пайка печатных плат?

Пайка печатных плат — это процесс соединения электронных компонентов путем расплавления припоя для скрепления компонентов на печатной плате (PCB). Припой — это расплавленный металлический сплав с низкой температурой плавления для соединения электрических компонентов.

Процесс пайки печатных плат включает в себя нагрев выводов компонентов и печатной платы с помощью паяльника или печи оплавления, а затем нанесение расплавленного припоя для создания прочного электрического и механического соединения. Пайка печатной платы требует высокой степени точности и мастерства, чтобы обеспечить надежное крепление компонентов без повреждения окружающей схемы.

Каковы различные типы припоя?

Процесс производства и сборки печатных плат включает в себя множество этапов, от проектирования до сборки и упаковки. Пайка печатных плат играет важнейшую роль в сборке печатных плат, и существуют различные типы припоев для печатных плат с различными характеристиками, соображениями безопасности и утилизации, которые следует учитывать при использовании для сборки компонентов.

Типы припоя для печатных плат различают по материалу сердечника, металлической составляющей.

1. Материал сердцевины:
   • Припой с канифольным сердечником: С мягким флюсом, остатки флюса не могут быть удалены.
   • Припой с кислотным сердечником: При использовании агрессивного флюса и остатков флюса из припоя с кислотным сердечником необходимо удалить после пайки.
   • Припои с твердым сердечником: Без флюса и могут использоваться для ручной пайки.

Металлические составляющие

К двум основным относятся свинцовый припой и бессвинцовый припой, а также другие, такие как серебряный припой, алюминиевый припой, медный припой, латунный припой.

Каковы этапы пайки печатной платы?

Каковы этапы пайки печатной платы?

1. Соберите материалы: паяльник, проволока для припоя, флюс, плата печатной платы и компоненты.

2. Подготовка поверхности: Подготовьте рабочее место, убедившись, что оно чистое и не содержит легковоспламеняющихся материалов.

3. Разместите компоненты: Разместите компоненты на плате печатной платы в соответствии с принципиальной схемой и используйте подручные средства, чтобы зафиксировать их на месте.

4. Нанесите флюс: Нанесите флюс на соединения, где будут спаиваться компоненты.

5. Применить тепло: Нагрейте паяльник и приложите его к соединению, позволяя теплу расплавить проволоку припоя.

6. Пайка: Прикоснитесь кончиком проволоки припоя к соединению и дайте ему расплавиться и растечься по соединению, образуя прочное соединение. Перейдите к следующему соединению и повторяйте процесс, пока все компоненты не будут припаяны на место.

7. Чистота: Очистите излишки флюса с платы печатной платы с помощью кисточки и изопропилового спирта.

8. Осмотрите: Осмотрите паяные соединения на наличие дефектов или мостиков и при необходимости устраните любые проблемы.

9. Тест: Протестируйте схему, чтобы убедиться в ее правильном функционировании.

Каковы основные принципы пайки печатных плат?

Каковы основные принципы пайки печатных плат?

• Правильно подготовленные поверхности — убедитесь, что поверхность печатной платы и компонента чистая, без пыли и грязи и правильно подготовлена к пайке.

• Соответствующая температура припоя — при подходящей температуре, чтобы обеспечить его равномерное плавление и прочное соединение без повреждения компонентов.

• Размещение припоя — всегда должно располагаться в нужной области и не переливаться на другие части платы.

• Правильное количество припоя — используйте достаточное количество припоя для создания эффективного соединения, избегая избытка материала, так как это может привести к короткому замыканию и проблемам, связанным с нагревом.

• Адекватная поддержка — обеспечение надлежащей механической поддержки во время и после пайки, например, удерживание компонентов пинцетом или фиксация их на месте на приспособлении, если это возможно.

• Избегание перемещения — предотвращение любого ненужного перемещения компонентов вскоре после их сборки для минимизации дефектов, вызванных их смещением.

• Меры предосторожности — соблюдение стандартных протоколов безопасности и ношение соответствующего защитного снаряжения при работе с материалами, имеющими высокую температуру.

Какое оборудование для пайки вам необходимо?

Паяльник — инструмент, обеспечивающий нагрев для расплавления припоя.

Ножницы для снятия изоляции — используются для снятия изоляции с провода.

Защитные очки — защищают глаза от летящих осколков или расплавленного припоя

Каковы наиболее распространенные неисправности при пайке печатных плат?

Холодные паяные соединения возникают, когда припой не растекается должным образом, что приводит к неполному соединению.

Паяные мостики: Это происходит, когда избыток припоя соединяет два соседних штырька или ножки компонента.

Забивание камнями могил: Обычно это происходит, когда один конец компонента для поверхностного монтажа приподнимается над печатной платой, в результате чего компонент встает как надгробный камень.

Шаровидная пайка припоя: Это происходит, когда на площадке или компоненте образуются маленькие капельки припоя.Приподнятые площадки: Это происходит, когда медная площадка отходит от печатной платы, оставляя компонент без соединения.

Недостаточное количество припоя: Это происходит, когда наносится недостаточное количество припоя, что приводит к неполному соединению.

Избыток припоя: Это происходит, когда наносится слишком много припоя, в результате чего на печатной плате образуется сгусток металла.

Как добиться идеальной пайки печатной платы?

Как добиться идеальной пайки печатной платы?

Достаточное освещение: Выбирайте хорошо освещенное рабочее место, так как оно позволяет работать свободно, не щуря глаза, что может привести к ошибке.

Подготовьте поверхность, очистив ее: Поверхность вашей печатной платы (PCB) необходимо очистить изопропиловым спиртом или любым другим чистящим средством, чтобы избавиться от масел и грязи.

Используйте правильную температуру припоя: У каждого припоя есть температура плавления, за пределами которой он начинает корродировать. Для достижения наилучших результатов нагревайте утюг до тех пор, пока его температура не превысит температуру окружающего материала примерно на 10°C.

Не держите утюг в одном месте слишком долго: Нагревая паяльник до нужной температуры, помните, что он не должен быть постоянно горячим.

Если держать утюг на одном месте печатной платы, это может повредить проводящие дорожки внутри площадки.

Используйте флюс: Добавление флюса повышает растекаемость жидких припоев по металлическим поверхностям, делая их прилипание более легким и точным.

Предельное использование припоя: Не наносите чрезмерное количество припоя на печатную плату. Вместо этого используйте минимально необходимое количество припоя, чтобы он впитался и затвердел вокруг оголенных металлических контактов или отверстий.

Проверьте соединения после пайки: Убедитесь, что все соединения, на которые воздействовал припой, являются токопроводящими после того, как дадите им достаточно времени для остывания.Правильное выполнение этих действий позволит вам добиться удовлетворительных результатов пайки печатных плат!

Заключение

В заключение следует отметить, что пайка печатной платы является важнейшим процессом при изготовлении электронных устройств. Она требует точности и мастерства, чтобы обеспечить правильное соединение компонентов с платой.

Правильная подготовка, осторожное обращение с деталями, точное размещение и соответствующий температурный контроль — все это важные аспекты успешной пайки печатных плат. Обеспечение правильного выполнения этих элементов может помочь предотвратить повреждение оборудования, задержки из-за переделок или сбоев, и в конечном итоге повысить надежность и эффективность электронных устройств.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Что такое резистор печатной платы?

Резистор печатной платы — это устройство, преобразующее электрическую энергию в тепловую. Он имеет две клеммы, одна из которых подключена к положительной стороне цепи, а другая — к земле. Когда вы прикладываете к нему напряжение, через него протекает ток и выделяется некоторое количество тепла, пропорциональное разности напряжений.

Цель использования резистора в печатной плате — ограничить ток, рассеивая его тепло по своему сопротивлению, а не позволяя ему сразу же нагревать ваши компоненты или вызывать их повреждение из-за перегрева.

Как правильно выбрать резистор для печатной платы?

Наиболее важным параметром, который необходимо учитывать при выборе подходящего резистора для печатной платы, является номинальная мощность (Вт) и допуск (в процентах).Резистор меньшей мощности имеет меньший температурный коэффициент сопротивления, чем резистор большей мощности. Это означает, что он будет рассеивать меньше тепла и, следовательно, будет более стабильным при высоких температурах.

Чтобы правильно выбрать резистор для печатной платы, необходимо знать следующие параметры:Номинальная мощность (Вт) и допуск (в процентах).Температурный коэффициент сопротивления.Диапазон рабочего напряжения.

Как понять код резистора на печатной плате?

1. Резисторы имеют трех- или четырехзначные коды, которые определяют сопротивление и допуск резистора. Такой способ маркировки резисторов называется кодом резистора печатной платы.

2. Трехзначные коды состоят из трех цифр, первая из которых указывает на значение сопротивления в омах, а вторая — на допуск.

3. Четырехзначные коды состоят из четырех цифр — по одной на каждую цифру трехзначного кода. Первые две цифры всегда равны нулю — они указывают, что данный резистор не имеет допуска или спецификации. Последние две цифры всегда равны единице — они указывают, что данный резистор имеет спецификацию между 1% и 10%.

Пайка SMD — это процесс пайки электронных компонентов поверхностного монтажа к печатным платам.. Поскольку электронные устройства и печатные платы становятся все меньше, использование SMD-компоненты резко вырос в схемотехнике. Крошечный размер компонентов SMD обеспечивает гораздо большую плотность компонентов на печатных платах и ​​позволяет миниатюризировать современную электронику.. тем не мение, их небольшой размер также создает некоторые уникальные проблемы при сборке и пайке. В этом руководстве, мы рассмотрим ключевые инструменты, Пошаговый процесс правильной пайки SMD-компонентов, и лучшие практики пайки SMD.

Инструменты для пайки SMD

Для пайки устройств поверхностного монтажа требуются специальные инструменты для работы с крошечными компонентами и выполнения точных паяных соединений.. Вот некоторые из предметов первой необходимости, которые вам понадобятся:

Паяльник — Паяльник с тонким жалом мощностью 15–30 Вт идеально подходит для работы SMD.. Можно использовать наконечники размером до 0,5 мм.. Функции контроля температуры помогают избежать перегрева..

Паяльная паста. Паяльная паста состоит из смеси порошкообразного припоя и флюсового крема.. Это позволяет точно наносить припой на площадки SMD перед установкой компонентов..

Микроскоп. Стереомикроскоп или увеличительное стекло незаменимы для проверки небольших паяных соединений и расположения компонентов.. Обычно используется микроскоп с увеличением от 20 до 40 раз..

Пинцеты. Пинцеты с тонкими кончиками позволяют точно манипулировать и размещать компоненты SMD размером до 0201 или же 01005 размеры (0.25мм х 0,125 мм). Предпочтителен антистатический пинцет..

Руки помощи при пайке – инструменты для рук с увеличительными линзами позволяют без помощи рук позиционировать печатные платы под микроскопом во время пайки..

Трафарет–Трафареты для печатных плат представляют собой тонкие металлические листы, вырезанные лазером, с рисунком отверстий, соответствующим расположению паяной площадки на печатной плате.. Для нанесения паяльной пасты, трафарет выравнивается по печатной плате, и паста распределяется по контактным площадкам через отверстия трафарета. Использование трафарета позволяет точно и эффективно наносить паяльную пасту перед размещением SMD-компонентов..

Приспособления — приспособления помогают расположить платы под углом, что улучшает видимость и доступ к паяным соединениям под компонентами во время ручной пайки..

Инструменты для присоски/демонтажа припоя. Специализированные вакуумные инструменты используются для удаления или доработки паяных соединений и компонентов для демонтажа припоя при ремонтных работах..

Процесс пайки SMD

Теперь давайте шаг за шагом пройдемся по всему процессу и увидим пайку SMD в действии.:

Советы, которым следует следовать в процессе пайки

Пайка устройств поверхностного монтажа — это деликатный процесс, но необходимый навык для ремонт печатной платы и модификация. Хотя необходимо соблюдать большую осторожность, можно успешно отпаивать и заменять SMD-компоненты, не повреждая плату. Вот несколько лучших практик по доработке пайки SMD.:

Пайка SMD поначалу может показаться сложной задачей из-за работы со смехотворно маленькими компонентами и соединениями.. Но с некоторой практикой, правильные инструменты, и следуя твердой технике, вы можете успешно паять компоненты практически любого размера. Компоненты для поверхностного монтажа становятся все меньше, а платы более плотно упакованы., Обучение навыкам пайки SMD становится обязательным для всех новичков в области печатных плат и любителей электроники..

Пайка – важный этап и одна из наиболее ответственных операций в изготовлении электронной продукции. Для различных видов электронных компонентов и печатных плат используются различные методики для выполнения данного технологического процесса. Один из самых распространенных – пайка волной припоя, которая применяется преимущественно в сквозном и смешанном монтаже.

Общее описание метода

Эта технологическая операция была изобретена в середине 20 века, когда основным методом установки электронных компонентов был их монтаж в сквозные отверстия, проделанные в печатных платах. ПП с установленными на ней компонентами двигается поперек «гребня» стационарной волны расплавленного припоя, создаваемой в установке. Она обдает контактные подушки печатной платы и выводные контакты установленных на ней компонентов, формируя между ними паяные соединения.

Сегодня технология пайки волной – это сложный автоматизированный процесс. Большой толчок к ее развитию дало изобретение поверхностно-монтируемых компонентов. При их комбинации с компонентами сквозного монтажа на одной ПП применяется усовершенствованная технология пайки двумя волнами припоя. Причины этого следующие:

Такой метод пайки заключается в последовательном прохождении печатной платы через две волны припоя. Первая (турбулентная) подается из суженного сопла под высоким давлением, что исключает образование в ней полостей с веществами, образующимися при разложении флюса. При этом она все же создает перемычки между близко расположенными контактами, которые устраняются при прохождении платы над второй (ламинарной) волной с низкой скоростью истечения и более пологой формой. Она также завершает образование галтелей на контактных площадках.

Чтобы пайка была эффективной, необходимо обеспечить настраиваемые характеристики каждой волны. Для этого установки должны быть оборудованы отдельными соплами, насосами и контрольными модулями для каждой волны. Также их лучше приобретать с дешунтирующим ножом, который разрушает перемычки между близкорасположенными контактами.

Преимущества пайки волной

Хотя технология пайки волной была разработана еще в 50-х годах прошлого века, она до сих пор широко используется в электронной промышленности. Это обусловлено следующими ее преимуществами:

Также важным преимуществом пайки волной являются незначительные ограничения, накладываемые на длину печатных плат. Это позволяет с помощью данной технологии изготавливать электронные изделия различных размеров.

Недостатки пайки волной

Помимо очевидных преимуществ, у данной технологии есть и существенные недостатки, ограничивающие ее применение в электронной промышленности:

Поэтому, при всех своих плюсах, пайка волной применяется главным образом при сквозном и смешанном монтаже электронных компонентов. В SMT-технологии в качестве альтернативы ей используется пайка оплавлением.

Технологические аспекты пайки волной припоя

Особенности данной технологии пайки электронных компонентов заставляют особенно строго отслеживать различные характеристики техпроцесса. Важнейшее значение среди них имеют следующие параметры.

Гидродинамика волны. В современных установках для пайки волной за образование последней отвечают либо механические, либо электродинамические, работающие на основе силы Лоренца. В электронной промышленности более популярны на данный момент волнообразователи первого типа, конструкция которых включает крыльчатку, погруженную в расплав припоя. Первая (турбулентная волна) подается под высоким давлением и сравнительно узкой струей. Ее задача – проникнуть в переходные и монтажные отверстия, участки между компонентами, нагреть их и смочить все контактные подушки и выводы.

Задача второй (ламинарной) волны – полноценное формирование паяных соединений. В данном случае волнообразователь должен создать «мертвую зону», где отсутствует или сильно замедлено движение припоя. В ней или непосредственно около нее гребень волны должен соприкасаться с платой. На поверхности припоя в «мертвой зоне» образуется слой окислов, которые плата «выносит» по направлению своего движения. Если этого не происходит, на ее поверхности возможно образование «паутинной сетки» из мелких перемычек.

Характеристики конвейера. Плата с установленными на ней компонентами подается в установку пайки с помощью конвейера. В большинстве случаев оптимальный угол его наклона составляет 5-9 градусов. Больший угол наклона упрощает стекание избыточного припоя, снижая риск возникновения перемычек. В то же время его увеличение ухудшает проникновение расплава в монтажные и переходные отверстия. Скорость конвейера определяется степенью предварительного нагрева и времени, в течение которого ПП контактирует с волной припоя. Ее рекомендованная скорость для качественной пайки составляет от 80 до 140 см/мин.

Нанесение флюса. При пайке волной припоя флюс может распыляться на поверхность ПП. Флюсователь должен наносить состав равномерно, без образования «слепых зон». Если они появляются, необходимо снизить скорость конвейера либо использовать головки с большим углом распыления. При пропуске начального участка печатной платы стоит настроить параметры флюсователя так, чтобы он начинал работать раньше.

Также необходимо учитывать давление, под которым флюс подается на поверхность ПП. Низкое значение этого показателя способствует увеличению и нестабильности размеров капель флюса. Чрезмерное давление делает состав мелкодисперсным, и он теряет свою активность еще на стадии предварительного нагрева. Применяя высокоплотный флюс, параметры давления нужно настроить на 10-20% выше того, которое применяется для менее плотных аналогов.

Пенное флюсование. При использовании этого метода флюсователи настраиваются с помощью стеклянной платы. Нагнетание воздуха нужно подобрать таким образом, чтобы ширина смачивания была равна 1 см. Превышающая 80% интенсивная подача газообразной среды не рекомендуется, так как это ведет к увеличению размеров пузырьков пены, что снижает качество флюсования. Если повышение этого параметра не помогает, то стоит скорректировать высоту флюсователя, которая в большинстве случаев равна 10 см.

Предварительный нагрев. Подбирать его температуру следует с учетом типа и структуры печатной платы, а также температуры, при которой испаряется растворитель. К спиртовым флюсам применяются следующие распространенные режимы в зависимости от вида ПП:

Для многослойных ПП предварительный нагрев значит очень много, так как оказывает влияние на качество пайки сквозных металлизированных отверстий. При наличии на плате крупных компонентов рекомендуется применять коротковолновые нагреватели. Увеличивать температуру на этапе предварительного нагрева следует со скоростью не выше 2°С в секунду.

Высота волн. Этот параметр рассчитывается как расстояние от высшей точки волнообразователя до нижней поверхности ПП. Для турбулентной волны этот показатель должен быть равен 7 мм, для ламинарной – 6,5-7 мм.

Ширина смачивания. Наряду со скоростью движения конвейера этот параметр влияет на время, в течение которого ПП контактирует с припоем. Он настраивается с помощью платы из стекла, которую перед этим нужно отфлюсовать. Для турбулентной волны оптимальная ширина смачивания – 1-1,5 см, для ламинарной – 3-4 см.

Температура припоя в ванне. Допустимый интервал этого показателя – 240-260°С. Чем она ниже, тем меньше риск термоудара по электронным компонентам. Повышение температуры до 260°С используется при пайке плат с несколькими слоями. Охлаждение ПП после пайки выполняется постепенно со скоростью 2-5°С/сек – это позволяет избежать термического удара по самой плате и компонентам.

На сайте компании «Ассемрус» представлено современное оборудование для пайки электронных компонентов волной припоя. Наши специалисты помогут вам подобрать установку с нужными характеристиками, проконсультируют насчет ее правильной эксплуатации.

Правильная настройка термопрофиля в печи оплавления паяльных паст

Оплавление паяльной пасты – важнейший этап пайки, который непосредственно влияет на качество паяных соединений. Определяющее значение в этом технологическом процессе имеет выбранный температурный профиль. Он рассчитывается с помощью специального устройства – термопрофайлера. Перед окончательной пайкой совершается несколько тестовых прогонов печатной платы в печи оплавления, результаты которых анализируются для выбора оптимального термопрофиля.

Виды температурных профилей

Температурный профиль представляет собой последовательность нагрева (смену температурных режимов) печатной платы с установленными компонентами и нанесенным припоем. Существует два основных типа термопрофилей:

Выбор типа профиля определяется многими факторами – материалом печатной платы, используемых компонентов, составом паяльных паст. Очень важно использовать технические спецификации, которые производители паяльных паст выпускают для своей продукции. В них указаны такие важные параметры, как продолжительность каждого этапа пайки, температура плавления припоя, активации флюса и т. д.

Зоны термопрофиля

Температурный профиль включает несколько зон (для конвейерных печей) или этапов (для камерных печей) нагрева печатной платы и электронных компонентов.

Предварительный нагрев. На этом этапе печатная плата нагревается от температуры окружающей среды до точки активации флюса в паяльной пасте. Скорость нагревания постоянна и не превышает 2–4°С/с для традиционного и 0,6–1,8°С/с для нового профиля. Этап предварительного нагрева позволяет избежать теплового удара по печатной плате и термочувствительным компонентам, а также выпарить растворитель из паяльной пасты. Если нагревать плату быстрее, то растворитель испарится преждевременно, образовав различные дефекты паяных соединений, а термочувствительные компоненты и слои платы повредятся из-за резкого перепада температуры. В тоннельных (конвейерных) печах зона предварительного нагрева составляет 25-33% от всей длины тоннеля.

Стабилизация. Данный этап характеризуется относительно медленным увеличением температуры. Он предназначен для равномерного прогрева всех участков платы и всех компонентов независимо от их размера и теплоемкости, а также для активации флюса. В конвейерных печах продолжительность этой зоны составляет 35-50% от всей длины тоннеля. Если этот этап затянуть, флюс потеряет свои свойства, а припой будет разбрызгиваться на стадии оплавления.

Оплавление. На этой стадии температура увеличивается до точки расплавления припоя для образования паяного соединения. Пиковая температура пайки должна превышать точку расплавления на 30-40 градусов, чтобы расплав лучше растекся по контактным площадкам и образовал более надежное соединение. Чрезмерно высокая температура в этой зоне приведет к повреждению компонентов, а слишком низкая – к образованию хрупких, ненадежных соединений.

Охлаждение. На этом этапе плата и компоненты охлаждаются до затвердевания припоя и образования твердых соединений. Чтобы они были наиболее прочными, скорость охлаждения должна быть максимальной. Однако, резкий перепад температуры приведет к повреждению компонентов и платы. Правильно подобранный температурный режим на этой стадии обеспечит высокую плотность зерен застывшего припоя, тем самым обеспечив более качественное соединение.

Выбирая оборудование и расходники для пайки оплавлением в компании «СМТ Технологии», вы получаете максимально полную и подробную информацию о рекомендуемых температурных профилях от наших квалифицированных специалистов.

К применяемым в паяльных пастах металлическим порошкам предъявляются достаточно жесткие требования по наличию примесей и однородности частиц (рис. 1, таблица).

Рис. 1. Порошок 3 го типа для припоя SAC

Тип пасты Допуски на размер частиц, нм Диаметр частиц, мкм

Вторым, не менее важным ингредиентом паяльной пасты является флюс. Именно его свойства определяют такие характеристики паяльной пасты, как транспортируемость/хранимость, печатаемость (наносимость), параметры удержания и монтажа компонента, оплавляемость. В составе каждого флюса имеется ряд веществ, меняющихся в зависимости от назначения:

Ряд паяльных паст содержит в своем составе комбинированный флюс, состоящий из смеси этих канифолей. Также согласно ГОСТ 19250-73 «Флюсы паяльные. Классификация» паяльные флюсы можно разделить на значительно большее количество групп, различающихся по следующим признакам:

Классификация самих флюсов — тема для отдельной статьи.

В ходе приготовления пасты используются следующие материалы:

В бессвинцовых пастах данный компонент очень важен для обеспечения смачиваемости паяемых поверхностей;

Остальными компонентами могут быть пластификаторы, отдушки и ингибиторы.

Очевидно, что процесс приготовления пасты отработан, если полученная в результате смесь равномерна и стабильна. Большинство паст содержат 10–12% флюса в весовом соотношении. В объемном соотношении процент металл-флюс может составлять примерно 50 на 50.

Влияние паяльной пасты на установку и положение компонента

Паяльная паста является связующим элементом, обеспечивающим электрический и механический контакт между печатной платой и поверхностно-монтируемым компонентом. Важными влияющими факторами для обеспечения данного контакта являются качественная печать, контролируемый процесс пайки и качество паяльной пасты, процесс установки компонента. После нанесения пасты на контактных площадках платы остается отпечаток, имеющий определенную геометрию и объем. Именно этот объем пасты и обеспечивает качество пайки. После нанесения пасты на контактные площадки требуется установить компонент, затем плата будет транспортирована в печь и паста оплавлена. Вязкость, осадка и тиксотропность — ключевые параметры, обеспечивающие стабильность паяльной пасты до этапа монтажа компонентов.

В идеале монтаж компонентов должен выполняться сразу после нанесения пасты, без задержек. В реальности на производстве между нанесением пасты и монтажом компонентов существует временной интервал, который может быть вызван, к примеру:

В ходе пайки, за счет сил поверхностного натяжения, паяльная паста может приводить как к «центрированию» компонента, так и к образованию дефектов типа «надгробный камень». Впрочем, при образовании дефектов паста — лишь необходимое условие для его формирования, основными причинами могут являться:

Но при всех этих причинах именно поведение паяльной пасты определяет формирование будущего дефекта.

Вязкость

Вязкость определяет способность пасты удержать установленный компонент и спозиционировать его при пайке. Особенно важна вязкость пасты при монтаже высоких компонентов и компонентов с нестандартной геометрией корпуса. Со временем вязкость пасты изменяется. Для ее определения проводится тестирование в течение определенного времени (до 24 ч, рис. 2). Теоретически отпечатки паяльной пасты после ее нанесения и отделения трафарета должны иметь вертикальные ровные края (стороны) и сохранять свою форму до момента монтажа компонентов. В реальности любая паста обладает осадкой, из-за которой стороны отпечатков оплывают и меняют геометрию. Осадка любой пасты должна быть минимальной, чтобы исключить возможность образования перемычек пасты между контактными площадками, провод-никами или элементами разводки, которые в дальнейшем приведут к коротким замыканиям в схеме.

Рис. 2. Изменение вязкости пасты с течением времени

Осадка проверяется на паяльной пасте, нанесенной через специальный трафарет на печатную плату со сплошным меднением. Апертуры трафарета увеличиваются от малых к большим в разных направлениях. При этом осадка оценивается при двух внешних условиях — при комнатной температуре и при повышенной температуре в +80 °C. Спустя 20 мин после печати проводится проверка на наличие перемычек между отпечатками.

Более подробно порядок проведения оценки вязкости описан в стандарте IPC-TM‑650 (часть 2.4.34.4) «Методы определения вязкости пастообразного флюса». Для оценки осадки используется IPC-TM‑650 (часть 2.4.35) «Руководство по испытательным методам. Паяльная паста — определение осадки». Иллюстрация данного теста приведена на рис. 3.

Рис. 3. Тест на осадку. Приемлемо для паст:а) оловянно-свинцовых;б) типа А;в) типа E

Тиксотропность

Этот параметр определяется специальными веществами, поддерживающими требуемый уровень вязкости. Как сказано выше, со временем от момента нанесения (выкладки) пасты на трафарет вязкость паяльной пасты изменяется. После окончания движения ракеля паста начинает растекаться за счет уменьшения вязкости. Для стабильности формы отпечатка и уменьшения растекания и осадки и контролируется уровень тиксотропности, который в свою очередь влияет на указанные параметры.